CN103143440B - 一种粉尘凝并粒子串过程的控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种粉尘凝并粒子串过程的控制方法和装置，应用于交变电场中异极性荷电粉尘凝并过程，包括：对荷电粒子的运动轨迹进行拍摄；荷电粒子包括荷电粉尘和荷电粉尘凝并得到的凝并体；依据粒子串电场力模型计算规则、粒子的运动轨迹和交变电场的电场强度计算粒子的荷电量和受力情况；当粒子在交变电场中的受力情况不满足碰撞凝并成粒子串的条件时，调节交变电场，使粒子的受力情况改变，改变粒子的运动情况使其发生凝并成粒子串的碰撞。采用该方法和装置，通过粒子串电场力模型对粉尘的凝并过程进行分析计算，根据分析结果对电场进行调节，进而调节荷电粉尘的运动，使粉尘凝并成较长且稳定的粒子串，无需扰流，对后续的除尘装置气流不影响。

Description

一种粉尘凝并粒子串过程的控制方法和装置

技术领域

本申请属于环保除尘领域，尤其涉及一种粉尘凝并粒子串过程的控制方法和装置。

背景技术

工业生产过程中，产生大量的人体可吸入（粉尘粒径小于10微米）对人体健康产生极大危害的粉尘，对人类生命健康问题构成了威胁。

可吸入的粉尘中PM（Particulate Matter，大气中的固体或液体颗粒状物质）2.5是可入肺颗粒物，其粒径小，但是富含大量的有毒、有害物质且在大气中停留的时间长、输送距离远，因此对人体健康的危害更大。因此全球都在加大力度致力于可入肺颗粒物PM2.5的排放标准。

当前对PM2.5的收集一般采用粉尘凝并增大的方式，其原理是把细小粉尘电凝并成较大的粉尘颗粒，增大的粉尘再由静电除尘装置收集。

目前，国内外采用的凝并方法一般为，首先采用正负同时预荷电，再通过扰流柱的扰流使荷电粉尘运动，荷电粉尘相互碰撞形成粒子串，并进一步凝并成较大的粉尘颗粒。但是，采用这种方法，在荷电粉尘与扰流柱碰撞时会导致电荷损失，使得凝并过程中形成的粒子串难以控制，影响了凝并增大的效果，而且扰流柱会导致后部气流的紊乱，影响后续的除尘装置的气流分布均匀性，给后续的除尘装置的控制增加难度。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种粉尘凝并粒子串过程的控制方法和装置，通过粒子串电场力模型对粉尘的凝并过程进行分析计算，根据分析结果对电场进行调节，进而调节荷电粉尘的运动，使粉尘凝并成较长且稳定的粒子串。

一种粉尘凝并粒子串过程的控制方法，所述方法应用于交变电场中异极性荷电粉尘的凝并过程，该方法包括：

对荷电粒子的运动轨迹进行拍摄；所述荷电粒子包括：荷电粉尘和由荷电粉尘碰撞凝并得到的凝并体；

依据粒子串电场力模型的计算规则以及所述荷电粒子的运动轨迹和交变电场的电场强度，计算所述荷电粒子的荷电量和受力情况；

当所述荷电粒子在交变电场中的受力情况不满足碰撞凝并成粒子串的条件时，调节所述交变电场，使所述荷电粒子的受力情况改变，进而使荷电粒子的运动情况改变发生凝并成粒子串的碰撞。

上述的方法，优选的，所述当所述荷电粒子在交变电场中的受力情况不满足碰撞凝并成粒子串的条件时，调节所述交变电场包括：

依据分段规则将该荷电粒子的受力情况分为处于惯性区和处于黏性区；

当所述荷电粒子的受力情况为处于惯性区时，当所述荷电粒子的受力情况不满足惯性区对应的第一碰撞条件时，依据所述荷电粒子的受力情况和第一碰撞条件对所述交变电场进行调节；

当所述荷电粒子的受力情况为处于黏性区时，当所述荷电粒子的受力情况不满足黏性区对应的第二碰撞条件时，依据所述荷电粒子的受力情况和第二碰撞条件对所述交变电场进行调节。

上述的方法，优选的，对所述交变电场进行调节包括：调节交变电场的频率和/或强度。

上述的方法，优选的，所述荷电粒子的受力情况包括受力方向和受力大小。

上述的方法，优选的，依据粒子串电场力模型的第一计算规则以及所述荷电粒子的运动轨迹，计算所述荷电粒子的荷电量包括：

对所述荷电粒子的运动轨迹进行分析，当所述荷电粒子与任一荷电粒子的相对位置满足于预设的距离范围时，可判定所述二者凝并得到荷电凝并体，所述荷电凝并体的荷电量为二者的荷电量之和；

当所述荷电粒子与任一荷电粒子的相对位置满足大于预设的距离范围时，可判定所述二者未碰撞。

上述的方法，优选的，还包括：

对所述荷电粒子的受力情况以及运动情况进行动画成像。

一种粉尘凝并粒子串过程的控制装置，包括：

摄像设备，用于利用粒子对光的散射原理，对荷电粒子的运动轨迹进行拍摄；所述荷电粒子包括：荷电粉尘和由荷电粉尘碰撞凝并得到的凝并体；

计算器，用于依据粒子串电场力模型的计算规则以及所述荷电粒子的运动轨迹和交变电场的电场强度，计算所述荷电粒子的荷电量和受力情况；

电场调节器，用于当所述荷电粒子在交变电场中的受力情况不满足碰撞凝并成粒子串的条件时，调节所述交变电场，使所述荷电粒子的受力情况改变，进而使荷电粒子的运动情况改变发生凝并成粒子串的碰撞。

上述的装置，优选的，所述电场调节器包括：

分段模块，用于依据分段规则将该荷电粒子的受力情况分为处于惯性区和处于黏性区，并当所述荷电粒子的受力情况为处于惯性区时触发第一调节模块，当所述荷电粒子的受力情况为处于黏性区时触发第二调节模块；

第一调节模块，用于当所述荷电粒子的受力情况不满足惯性区对应的第一碰撞条件时，依据所述荷电粒子的受力情况和第一碰撞条件对所述交变电场进行调节；

第二调节模块，用于当所述荷电粒子的受力情况不满足黏性区对应的第二碰撞条件时，依据所述荷电粒子的受力情况和第二碰撞条件对所述交变电场进行调节。

本申请提供了一种粉尘凝并粒子串过程的控制方法，所述方法应用于交变电场中异极性荷电粉尘的凝并过程，该方法包括：利用粒子对光的散射原理，对荷电粒子的运动轨迹进行拍摄；所述荷电粒子包括：荷电粉尘和由荷电粉尘碰撞凝并得到的凝并体；依据荷电粒子的运动轨迹和交变电场的电场强度，计算所述荷电粒子的荷电量和受力情况；当所述荷电粒子在交变电场中的受力情况不满足碰撞凝并成粒子串的条件时，调节所述交变电场，使所述荷电粒子的受力情况改变，进而使荷电粒子的运动情况改变发生凝并成粒子串的碰撞。本申请提供的一种粉尘凝并粒子串过程的控制方法，通过粒子串电场力模型对粉尘的凝并过程进行分析计算，根据分析结果对电场进行调节，进而调节荷电粉尘的运动，使粉尘凝并成较长且稳定的粒子串，而无需扰流，对后续的除尘装置不会产生气流影响。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请提供的一种粉尘凝并粒子串过程的控制方法实施例1的流程图；

图2是本申请提供的一种粉尘凝并粒子串过程的控制方法实施例1粉尘凝并过程的示意图；

图3是本申请提供的一种粉尘凝并粒子串过程的控制方法实施例2的流程图；

图4是本申请提供的一种粉尘凝并粒子串过程的控制方法实施例3的流程图；

图5是本申请提供的一种粉尘凝并粒子串过程的控制装置实施例1的结构示意图；

图6是本申请提供的一种粉尘凝并粒子串过程的控制方法实施例2的结构示意图；

图7是本申请提供的一种粉尘凝并粒子串过程的控制方法和装置在实际实施中的应用场景；

图8是本申请提供的一种粉尘凝并粒子串过程的控制方法和装置在实际实施中的应用场景。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请提供的一种粉尘凝并粒子串过程的控制方法是应用于交变电场中异极性荷电粉尘的凝并过程。

异极性荷电粉尘在交变电场力的作用下产生往复运动，使得粉尘粒子相互碰撞、吸引凝并。

实施例1

参见图1示出了本申请提供的一种粉尘凝并粒子串过程的控制方法实施例1的流程图，包括：

步骤S101：对荷电粒子的运动轨迹进行拍摄；

所述荷电粒子包括：荷电粉尘和由荷电粉尘碰撞凝并得到的凝并体；

在PM凝聚过程中，粒子串的形成关键的将荷电粉尘凝并成强度和密度均较良好的凝并体，再由这样的凝并体形成粒子串的会比较长而且稳定。

电凝并是利用电场的作用，使荷电粉尘相互作用并凝聚在一起的过程，生成的凝并体不会被击碎，凝并体会在电场的作用下不断的生长，达到预期的凝并体粒径。

参见图2所示的粉尘凝并过程的示意图，图中A表示单个的荷电粒子，B表示较小的凝并体，C表示较大的凝并体，D表示粒子串。

单个的荷电粒子经过初次凝并得到较小的凝并体，较小的凝并体经过二次凝聚得到较大的凝并体，较大的凝并体经过碰撞凝并得到粒子串。

由于粒子对光的散射作用，对荷电粒子的运动轨迹进行拍摄，该运动轨迹是荷电粒子的受力情况表现。

荷电粒子在电场中的运动情况包括：布朗运动、流体运动。布朗运动引起异向凝聚；流体运动是由荷电粒子间的库仑力生成，引起同向凝聚。

荷电粒子的体积/重量越小，布朗运动越强烈。当荷电粉尘凝并得到荷电凝并体后，布朗运动将会减缓。

步骤S102：依据粒子串电场力模型的计算规则以及所述荷电粒子的运动轨迹和交变电场的电场强度，计算所述荷电粒子的荷电量和受力情况；

该计算规则包括：运动轨迹分析规则和受力分析规则等。

采用运动轨迹分析规则对荷电粒子的运动轨迹进行分析计算，得到荷电粒子的运动速度和方向，进而根据电场力的计算规则对拍摄该运动轨迹所用时间和电场的强度进行计算，即可得知该荷电粒子的荷电量。

在实际应用中，对所述荷电粒子的运动轨迹进行分析，当所述荷电粒子与任一荷电粒子的相对位置满足于预设的距离范围时，可判定所述二者凝并得到荷电凝并体，所述荷电凝并体的荷电量为二者的荷电量之和；当所述荷电粒子与任一荷电粒子的相对位置大于预设的距离范围时，可判定所述二者不发生碰撞。

根据两个粒子之间的相对位置关系可知道是否能够进行碰撞。

当所述荷电粒子与任一荷电粒子的相对位置大于预设的距离范围时，可知为发生碰撞，不能凝并。

而当所述荷电粒子与任一荷电粒子的相对位置满足预设的距离范围时，将两个荷电粒子的碰撞视为非弹性碰撞，因此本次碰撞为有效的碰撞，能够凝并，两个粒子凝并得到的凝并体的荷电量为两个粒子的荷电量之和。

该预设的距离范围根据实际情况中的粒子大小进行规定。

$\stackrel{\‾}{x^2}=2\mathrm{Dt}$

$D=\frac{C}{3\mathrm{\π\ηdp}}\mathrm{kT}=\mathrm{BkT}$

式中，x为在时间t内所有粒子的均方位移，可将t设为1/100s；

D为粒子扩散系数，k为波尔兹曼（Boltzmann）常数；

T为热力学温度，B=C/3πηdp称为粒子迁移率，它表示在单位驱近动力作用下的运动速度；

C为库宁汉（Cunningham）修正系数；

η为介质的动力粘度；

dp为粒子直径。

通过上述两个式子可知：分析粉尘颗粒的荷电凝聚和碰撞范围，超过一定的范围粒子就不会发生碰撞，只有在某一特定的距离内粒子才会发生碰撞。

进一步的，根据交变电场的电场强度、荷电粒子的荷电量等信息即可得到荷电粒子的电场力、库仑力等受力情况。

步骤S103：当所述荷电粒子在交变电场中的受力情况不满足碰撞凝并成粒子串的条件时，调节所述交变电场，使所述荷电粒子的受力情况改变，进而使荷电粒子的运动情况改变发生凝并成粒子串的碰撞。

当分析得到荷电粒子在交变电场中的受力情况不能满足与其他荷电粒子碰撞凝并时，比如，该荷电粒子与其他荷电粒子的距离远，而在当前的受力情况下，其运动距离可能不足，不能与其他粒子发生碰撞，此时，需要使得荷电粒子的受力增大，运动距离远，使其发生碰撞，通过调节交变电场，将施加到荷电粒子的电场力增大实现。

对所述交变电场进行调节可以包括：调节交变电场的频率和/或强度。

由于所述荷电粒子的受力情况包括受力方向和受力大小，当由于荷电粒子的受力方向使其的运动方向与其他粒子的位置相背离，则需要改变荷电粒子的运动方向也可通过改变交变电场的频率进行调整。

当荷电粒子的受力情况满足碰撞凝并成粒子串的条件时，荷电粒子与其他粒子碰撞凝并，最终得到较长且稳定的粒子串。

实施例2

但是在实际实施中，由于荷电粒子的受力情况比较复杂，所以本申请还提供了一种粉尘凝并粒子串过程的控制方法实施例2，在本实施例中，将荷电粒子的受力情况进行分类，并依据分类进行相应的处理。

参见图3示出了本申请提供的一种粉尘凝并粒子串过程的控制方法实施例2的流程图，在图1所示的流程图中，步骤S103包括：

步骤S1031：依据分段规则将该荷电粒子的受力情况分为处于惯性区和处于黏性区；

在凝并过程中，随着荷电粒子的体积增大，其所受的电场力、重力等都会发生变化，因此根据分段规则，将体积较小的荷电粒子的受力情况定义为惯性区受力，将体积较大的荷电粒子的受力情况定义为黏性区受力。

而在不同的受力区，对凝并得到的粒子的破碎力也不同。

惯性区的破碎力表达式为：

$\mathrm{\ΔF}\∝{\mathrm{\ρ}}_w{{\mathrm{\ϵ}}_0}^{\frac{2}{3}}{d_p}^{\frac{8}{3}}$

黏性区的破碎力表达式为：

$\mathrm{\ΔF}\∝{\mathrm{\ρ}}_W\left(\frac{{\mathrm{\ϵ}}_0}{\mathrm{\μ}}\right)d_p^4$

其中，ρ^W表示电流体密度；

ε₀表示单位电流体的能耗；

μ为凝并体与电流体的相对速度；

d_P为粉尘凝并体的直径。

在凝并过程中，只有荷电粒子凝并得到的颗粒分子之间的分子键的力大于破碎力时，该颗粒为稳定的，也就是说，荷电粒子的碰撞为有效碰撞，能够凝并。

实际应用中，可根据实际情况对惯性区和黏性区进行划分。

步骤S1032：当所述荷电粒子的受力情况为处于惯性区时，当所述荷电粒子的受力情况不满足惯性区对应的第一碰撞条件时，依据所述荷电粒子的受力情况和第一碰撞条件对所述交变电场进行调节；

荷电粒子的体积决定了其所处的受力区，当所述荷电粒子为粉尘或是小凝并体时，该荷电粒子处于黏性区；而当所述荷电粒子为较大的凝并体或是可视为较小的粒子串的几个凝并体集合时，该荷电粒子处于惯性区。

而且，不同的受力区，使得荷电粒子碰撞条件不同，惯性区对应的为第一碰撞条件，黏性区对应的为第二碰撞条件。

因此，当荷电粒子的受力情况处于惯性区时，对所述荷电粒子的受力情况进行分析判断的为第一碰撞条件，当该荷电粒子的受力情况不满足第一碰撞条件时，需要对荷电粒子的受力情况进行调节，进而对其运动情况进行调整，而荷电粒子的受力情况通过改变荷电粒子所处的交变电场进行调节的。

步骤S1033：当所述荷电粒子的受力情况为处于黏性区时，当所述荷电粒子的受力情况不满足黏性区对应的第二碰撞条件时，依据所述荷电粒子的受力情况和第二碰撞条件对所述交变电场进行调节。

当荷电粒子的受力情况处于黏性区时，对所述荷电粒子的受力情况进行分析判断的为第二碰撞条件，当该荷电粒子的受力情况不满足第二碰撞条件时，需要对荷电粒子的受力情况进行调节，进而对其运动情况进行调整，而荷电粒子的受力情况通过改变荷电粒子所处的交变电场进行调节的。

实施例3

为了对荷电粒子的凝并成粒子串的过程进行更加精确的控制，需要对其凝并的过程进行监测。所以本申请还提供了一种粉尘凝并粒子串过程的控制方法实施例3，在本实施例中，对荷电粒子的凝并过程进行监测。

参见图4示出了本申请提供的一种粉尘凝并粒子串过程的控制方法实施例3的流程图，在图1所示的流程图中，步骤S102后还包括：

步骤S104：对所述荷电粒子的受力情况以及运动情况进行动画成像。

在对荷电粒子的运动轨迹进行拍摄时，将拍摄得到的数据信息进行动画成像，并且在将计算得到该荷电粒子的受力情况对该成像动画进行标注，展示当前的该荷电粒子的受力情况以及在当前情况下该荷电粒子的运动情况。

在对荷电粒子进行动画成像的过程中，该荷电粒子与其他粒子碰撞凝并得到凝并体最终形成粒子串的过程也被显示出来，在对荷电粒子所处的交变电场的调整过程中，更加直观。

根据成像的图像，还可用于测量粒子串的尺寸，具体为：用鼠标捕捉屏幕像素，容易根据鼠标所在位置的像素坐标进行坐标变换(将屏幕坐标转换为粒子坐标)，从而取得粒子串上任意一点在整个电场坐标系中的坐标值，得到测量结果。

与上述的本申请提供的一种粉尘凝并粒子串过程的控制方法实施例相对应的，本申请还提供了一种粉尘凝并粒子串过程的控制装置实施例。

实施例1

参见图5示出了本申请提供的一种粉尘凝并粒子串过程的控制装置实施例1的结构示意图，包括：摄像设备101、计算器102和电场调节器103；

其中，所述摄像设备101用于利用粒子对光的散射原理，对荷电粒子的运动轨迹进行拍摄；所述荷电粒子包括：荷电粉尘和由荷电粉尘碰撞凝并得到的凝并体；

所述荷电粒子包括：荷电粉尘和由荷电粉尘碰撞凝并得到的凝并体；

在PM凝聚过程中，粒子串的形成关键的将荷电粉尘凝并成强度和密度均较良好的凝并体，再由这样的凝并体形成粒子串的会比较长而且稳定。

电凝并是利用电场的作用，使荷电粉尘相互作用并凝聚在一起的过程，生成的凝并体不会被击碎，凝并体会在电场的作用下不断的生长，达到预期的凝并体粒径。

由于粒子对光的散射作用，可采用专业的高速高感度的摄像设备对荷电粒子的运动轨迹进行拍摄，该运动轨迹是荷电粒子的受力情况表现。

荷电粒子在电场中的运动情况包括：布朗运动、流体运动。布朗运动引起异向凝聚；流体运动是由荷电粒子间的库仑力生成，引起同向凝聚。

荷电粒子的体积/重量越小，布朗运动越强烈。当荷电粉尘凝并得到荷电凝并体后，布朗运动将会减缓。

其中，所述计算器102依据粒子串电场力模型的计算规则以及所述荷电粒子的运动轨迹和交变电场的电场强度，计算所述荷电粒子的荷电量和受力情况；

该计算规则包括：运动轨迹分析规则和受力分析规则等。

计算器102采用运动轨迹分析规则对荷电粒子的运动轨迹进行分析计算，得到荷电粒子的运动速度和方向，进而根据电场力的计算规则对拍摄该运动轨迹所用时间和电场的强度进行计算，即可得知该荷电粒子的荷电量。

在实际应用中，对所述荷电粒子的运动轨迹进行分析，当所述荷电粒子与任一荷电粒子的相对位置满足于预设的距离范围时，可判定所述二者凝并得到荷电凝并体，所述荷电凝并体的荷电量为二者的荷电量之和；当所述荷电粒子与任一荷电粒子的相对位置满足大于预设的距离范围时，可判定所述二者不能碰撞。

根据两个粒子之间的相对位置关系可知道是否能够进行碰撞。

当所述荷电粒子与任一荷电粒子的相对位置大于预设的距离范围时，可知为发生碰撞，不能凝并。

而当所述荷电粒子与任一荷电粒子的相对位置满足预设的距离范围时，将两个荷电粒子的碰撞视为非弹性碰撞，因此本次碰撞为有效的碰撞，能够凝并，两个粒子凝并得到的凝并体的荷电量为两个粒子的荷电量之和。

该预设的距离范围根据实际情况中的粒子大小进行规定。

进一步的，计算器102根据交变电场的电场强度、荷电粒子的荷电量等信息即可得到荷电粒子的电场力、库仑力等受力情况。

其中，所述电场调节器103用于当所述荷电粒子在交变电场中的受力情况不满足碰撞凝并成粒子串的条件时，调节所述交变电场，使所述荷电粒子的受力情况改变，进而使荷电粒子的运动情况改变发生凝并成粒子串的碰撞。

当分析得到荷电粒子在交变电场中的受力情况不能满足与其他荷电粒子碰撞凝并时，比如，该荷电粒子与其他荷电粒子的距离远，而在当前的受力情况下，其运动距离可能不足，不能与其他粒子发生碰撞，此时，需要使得荷电粒子的受力增大，运动距离远，使其发生碰撞，通过电场调节器103调节交变电场，将施加到荷电粒子的电场力增大实现。

电场调节器103对所述交变电场进行调节可以包括：调节交变电场的频率和/或强度。

由于所述荷电粒子的受力情况包括受力方向和受力大小，当由于荷电粒子的受力方向使其的运动方向与其他粒子的位置相背离，则需要改变荷电粒子的运动方向也可通过电场调节器103对交变电场的频率进行调整。

当荷电粒子的受力情况满足碰撞凝并成粒子串的条件时，荷电粒子与其他粒子碰撞凝并，最终得到较长且稳定的粒子串。

实施例2

但是在实际实施中，由于荷电粒子的受力情况比较复杂，所以本申请还提供了一种粉尘凝并粒子串过程的控制装置实施例2，在本实施例中，电场调节器将荷电粒子的受力情况进行分类，并依据分类进行相应的处理。

参见图6示出了本申请提供的一种粉尘凝并粒子串过程的控制装置实施例2的结构示意图，在图5所示的流程图中，电场调节器103包括：分段模块1031、第一调节模块1032和第二调节模块1033；

根据d_P（粉尘凝并体的直径）的大小，可将该荷电凝并体的受力情况分为其是处于惯性区还是处于黏性区，并当所述荷电粒子的受力情况为处于惯性区时触发第一调节模块1032，当所述荷电粒子的受力情况为处于黏性区时触发第二调节模块1033；

在凝并过程中，随着荷电粒子的体积增大，其所受的电场力、重力等都会发生变化，因此分段模块1031根据分段规则，将体积较小的荷电粒子的受力情况定义为惯性区受力，将体积较大的荷电粒子的受力情况定义为黏性区受力。

而在不同的受力区，对凝并得到的粒子的破碎力也不同。

惯性区的破碎力表达式为：

$\mathrm{\ΔF}\∝{\mathrm{\ρ}}_w{{\mathrm{\ϵ}}_0}^{\frac{2}{3}}{d_p}^{\frac{8}{3}}$

黏性区的破碎力表达式为：

$\mathrm{\ΔF}\∝{\mathrm{\ρ}}_W\left(\frac{{\mathrm{\ϵ}}_0}{\mathrm{\μ}}\right)d_p^4$

其中，ρ^W表示电流体密度，ε₀表示单位电流体的能耗，μ为凝并体与电流体的相对速度，d_P为粉尘凝并体的直径。

在凝并过程中，只有荷电粒子凝并得到的颗粒分子之间的分子键的力大于破碎力时，该颗粒为稳定的，也就是说，荷电粒子的碰撞为有效碰撞，能够凝并。

荷电粒子的体积决定了其所处的是受力区，当所述荷电粒子为粉尘或是小凝并体时，该荷电粒子处于黏性区；而当所述荷电粒子为较大的凝并体或是可视为较小的粒子串的几个凝并体集合时，该荷电粒子处于惯性区。

而且，不同的受力区，使得荷电粒子碰撞条件不同，惯性区对应的为第一碰撞条件，黏性区对应的为第二碰撞条件。

实际应用中，可根据实际情况对惯性区和黏性区进行划分。

其中，所述第一调节模块1032用于当所述荷电粒子的受力情况不满足惯性区对应的第一碰撞条件时，依据所述荷电粒子的受力情况和第一碰撞条件对所述交变电场进行调节；

当分段模块1031判定荷电粒子的受力情况处于惯性区时，则所述荷电粒子的受力情况进行分析判断的为第一碰撞条件，当第一调节模块1032判定该荷电粒子的受力情况不满足第一碰撞条件时，需要对荷电粒子的受力情况进行调节，进而对其运动情况进行调整，而荷电粒子的受力情况通过第一调节模块1032改变荷电粒子所处的交变电场进行调节的。

其中，所述第二调节模块1033用于当所述荷电粒子的受力情况不满足黏性区对应的第二碰撞条件时，依据所述荷电粒子的受力情况和第二碰撞条件对所述交变电场进行调节。

当分段模块1031判定荷电粒子的受力情况处于黏性区时，则所述荷电粒子的受力情况进行分析判断的为第二碰撞条件，当第二调节模块1033判定该荷电粒子的受力情况不满足第二碰撞条件时，需要对荷电粒子的受力情况进行调节，进而对其运动情况进行调整，而荷电粒子的受力情况通过第二调节模块1033改变荷电粒子所处的交变电场进行调节的。

参见图7和图8，示出了本申请在实际实施中的应用场景。

如图7所示的多极型荷电装置，PM2.5粉尘粒子进入荷电极板的荷电区域进行荷电，该粉尘粒子荷电为异极性电荷，即粉尘粒子荷上的分别为正负电荷。由于粉尘带有相反极性的电荷，在后续的凝并过程中，加快了粉尘在交变电场中的相对运动，更有利于荷电粉尘的相互吸引、碰撞、凝聚，从而提高凝并速率。

在本应用场景中，多极型荷电装置采用的是五电极荷电装置，实际应用中，也可采用其他数量的电极荷电装置进行粉尘粒子的荷电。

实际应用中，可根据实际需要采用调压器对荷电区域两端的电压进行调节达到最佳荷电电压，使粉尘粒子荷电量达到最佳荷电量，为后续的凝并除尘做好准备。当然，为了后续的凝并效果，粉尘粒子的荷电量需要尽量多。

如图8所示的凝并装置，PM2.5荷电粉尘粒子进入交流电场，在交流电场的作用下，正负荷电粒子随交变的场强开始往返运动，荷电粒子之间相互吸引、发生碰撞，当荷电粒子的受力情况满足碰撞凝并成粒子串的条件时，荷电粒子与其他粒子碰撞凝并，最终得到较长且稳定的粒子串。

摄像设备101设置于交流电场附近，在进行荷电粒子的凝并得到粒子串的过程中，对交流电场中的荷电粒子以及荷电粉尘凝并得到的凝并体的运动轨迹进行拍摄；

计算器102与摄像设备101相连，采用运动轨迹分析规则对荷电粒子的运动轨迹进行分析计算，得到荷电粒子的运动速度和方向，进而根据电场力的计算规则对拍摄该运动轨迹所用时间和电场的强度进行计算，即可得知该荷电粒子的荷电量，而且，计算器102还可根据交变电场的电场强度、荷电粒子的荷电量等信息即可得到荷电粒子的电场力、库仑力等受力情况。

电场调节器103分别与计算器102和交变电场的电源相连，用于当所述荷电粒子在交变电场中的受力情况不满足碰撞凝并成粒子串的条件时，调节所述交变电场，使所述荷电粒子的受力情况改变，进而使荷电粒子的运动情况改变发生凝并成粒子串的碰撞。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种粉尘凝并粒子串过程的控制方法，其特征在于，所述方法应用于交变电场中异极性荷电粉尘的凝并过程，该方法包括：

对荷电粒子的运动轨迹进行拍摄；所述荷电粒子包括：荷电粉尘和由荷电粉尘碰撞凝并得到的凝并体；

依据粒子串电场力模型的计算规则以及所述荷电粒子的运动轨迹和交变电场的电场强度，计算所述荷电粒子的荷电量和受力情况；

当所述荷电粒子在交变电场中的受力情况不满足碰撞凝并成粒子串的条件时，调节所述交变电场，使所述荷电粒子的受力情况改变，进而使荷电粒子的运动情况改变发生凝并成粒子串的碰撞；

其中，依据粒子串电场力模型的计算规则以及所述荷电粒子的运动轨迹，计算所述荷电粒子的荷电量包括：

对所述荷电粒子的运动轨迹进行分析，当所述荷电粒子与任一荷电粒子的相对位置满足于预设的距离范围时，可判定所述二者凝并得到荷电凝并体，所述荷电凝并体的荷电量为二者的荷电量之和；

当所述荷电粒子与任一荷电粒子的相对位置满足大于预设的距离范围时，可判定所述二者未碰撞。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述荷电粒子在交变电场中的受力情况不满足碰撞凝并成粒子串的条件时，调节所述交变电场包括：

依据分段规则将该荷电粒子的受力情况分为处于惯性区和处于黏性区；

当所述荷电粒子的受力情况为处于惯性区时，当所述荷电粒子的受力情况不满足惯性区对应的第一碰撞条件时，依据所述荷电粒子的受力情况和第一碰撞条件对所述交变电场进行调节；

当所述荷电粒子的受力情况为处于黏性区时，当所述荷电粒子的受力情况不满足黏性区对应的第二碰撞条件时，依据所述荷电粒子的受力情况和第二碰撞条件对所述交变电场进行调节。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述交变电场进行调节包括：调节交变电场的频率和/或强度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述荷电粒子的受力情况包括受力方向和受力大小。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

对所述荷电粒子的受力情况以及运动情况进行动画成像。

6.一种粉尘凝并粒子串过程的控制装置，其特征在于，包括：

摄像设备，用于利用粒子对光的散射原理，对荷电粒子的运动轨迹进行拍摄；所述荷电粒子包括：荷电粉尘和由荷电粉尘碰撞凝并得到的凝并体；

计算器，用于依据粒子串电场力模型的计算规则以及所述荷电粒子的运动轨迹和交变电场的电场强度，计算所述荷电粒子的荷电量和受力情况；

电场调节器，用于当所述荷电粒子在交变电场中的受力情况不满足碰撞凝并成粒子串的条件时，调节所述交变电场，使所述荷电粒子的受力情况改变，进而使荷电粒子的运动情况改变发生凝并成粒子串的碰撞；

其中，依据粒子串电场力模型的计算规则以及所述荷电粒子的运动轨迹，计算所述荷电粒子的荷电量包括：

对所述荷电粒子的运动轨迹进行分析，当所述荷电粒子与任一荷电粒子的相对位置满足于预设的距离范围时，可判定所述二者凝并得到荷电凝并体，所述荷电凝并体的荷电量为二者的荷电量之和；

当所述荷电粒子与任一荷电粒子的相对位置满足大于预设的距离范围时，可判定所述二者未碰撞。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电场调节器包括：

分段模块，用于依据分段规则将该荷电粒子的受力情况分为处于惯性区和处于黏性区，并当所述荷电粒子的受力情况为处于惯性区时触发第一调节模块，当所述荷电粒子的受力情况为处于黏性区时触发第二调节模块；

第一调节模块，用于当所述荷电粒子的受力情况不满足惯性区对应的第一碰撞条件时，依据所述荷电粒子的受力情况和第一碰撞条件对所述交变电场进行调节；

第二调节模块，用于当所述荷电粒子的受力情况不满足黏性区对应的第二碰撞条件时，依据所述荷电粒子的受力情况和第二碰撞条件对所述交变电场进行调节。